NSDictionary实现原理

NSDictionary介绍

NSDictionary(字典)是使用 hash表来实现key和value之间的映射和存储的, hash函数设计的好坏影响着数据的查找访问效率。数据在hash表中分布的越均匀,其访问效率越高。而在Objective-C中,通常都是利用NSString 来作为键值,其内部使用的hash函数也是通过使用 NSString对象作为键值来保证数据的各个节点在hash表中均匀分布。

NSDictionary内部结构

参考cocotron的源代码,NSDictionary是使用NSMapTable来实现。
NSMapTable同样是一个key-value的容器,下面是NSMapTable的部分代码:

typedef struct {
   NSMapTable        *table;
   NSInteger          i;
   struct _NSMapNode *j;
} NSMapEnumerator;

上述结构体描述了遍历一个NSMapTable时的一个指针对象,其中包含table对象自身的指针,计数值,和节点指针。

typedef struct {
   NSUInteger (*hash)(NSMapTable *table,const void *);
   BOOL (*isEqual)(NSMapTable *table,const void *,const void *);
   void (*retain)(NSMapTable *table,const void *);
   void (*release)(NSMapTable *table,void *);
   NSString  *(*describe)(NSMapTable *table,const void *);
   const void *notAKeyMarker;
} NSMapTableKeyCallBacks;

上述结构体中存放的是几个函数指针,用于计算key的hash值,判断key是否相等,retain,release操作。

typedef struct {
   void       (*retain)(NSMapTable *table,const void *);
   void       (*release)(NSMapTable *table,void *);
   NSString  *(*describe)(NSMapTable *table, const void *);
} NSMapTableValueCallBacks;

上述存放的三个函数指针,定义在对nsmaptable插入一对key-value时,对value对象的操作。

struct NSMapTable {
   NSMapTableKeyCallBacks   *keyCallBacks;
   NSMapTableValueCallBacks *valueCallBacks;
   NSUInteger             count;
   NSUInteger             nBuckets;
   NSMapNode  **buckets;
};

可以看出来NSMapTable是一个哈希+链表的数据结构,因此在NSMapTable中插入或者删除一对对象时, 寻找的时间是O(1)+O(m),m最坏时可能为n。

  • O(1):为对key进行hash得到bucket的位置
  • O(m):遍历该bucket后面冲突的value,通过链表连接起来。

因此NSDictionary中的Key-Value遍历时是无序的,至如按照什么样的顺序,跟hash函数相关。NSMapTable使用NSObject的哈希函数。

-(NSUInteger)hash {
   return (NSUInteger)self>>4;
}

上述是NSObject的哈希值的计算方式,简单通过移位实现。右移4位,左边补0。因为对象大多存于堆中,地址相差4位应该很正常。

NSDictionary的KVC实现

@implementation NSDictionary (NSKeyValueCoding)
-(id)valueForKey:(NSString*)key;
{
    if([key hasPrefix:@"@"])
        return [super valueForKey:[key substringFromIndex:1]];
    return [self objectForKey:key];
}

-(void)setValue:(id)value forKey:(NSString*)key
{
    [NSException raise:NSInvalidArgumentException format:@"%@ called on immutable dictionary %@", NSStringFromSelector(_cmd), self];
}
@end

@implementation NSMutableDictionary (NSKeyValueCoding)
-(void)setValue:(id)value forKey:(NSString*)key
{
    if(value)
        [self setObject:value forKey:key];
    else
        [self removeObjectForKey:key];
}
@end

setObject: ForKey:是NSMutableDictionary特有的;setValue: ForKey:是KVC的主要方法。

(1) setValue: ForKey:value是可以为nil的(但是当value为nil的时候,会自动调用removeObject:forKey方法);setObject: ForKey:value则不可以为nil
(2) setValue: ForKey:key必须是不为nil的字符串类型;
setObject: ForKey:key可以是不为nil的所有继承NSCopying的类型。

NSDictionary copy key对象

NSDictionary 提供了 key -> object 的映射。从本质上讲,NSDictionary 中存储的 object 位置是由 key 来索引的。

由于对象存储在特定位置,NSDictionary 中要求 key 的值不能改变(否则 object 的位置会错误)。为了保证这一点,NSDictionary 会始终copy key 到自己私有空间。而且object对象在其内部是作为强引用(retain或strong);

这个 key 的copy行为也是 NSDictionary 如何工作的基础,但这也有一个限制:你只能使用 OC 对象作为 NSDictionary 的 key,并且必须支持 NSCopying 协议。此外,key 应该是小且高效的,以至于复制的时候不会对 CPU 和内存造成负担。

这意味着,NSDictionary 中真的只适合将值类型的对象作为 key(如简短字符串和数字)。并不适合自己的模型类来做对象到对象的映射。

参考:
NSDictionary 的内部实现
NSDictionary底层实现原理

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